Pfas addio: le soluzioni tecnologiche per eliminarli del tutto
Attualmente esistono tecnologie che consentono di rimuovere i Pfas dall’acqua, ma non sono in grado di distruggerli completamente. Ecco lo stato dell'arte attuale, in questo studio di IdTechEx
Attualmente esistono tecnologie che consentono di rimuovere i Pfas dall’acqua, ma non sono in grado di distruggerli completamente, rischiandone una successiva reimmissione nell’ambiente. Esistono invece tecnologie emergenti più efficaci per la distruzione dei Pfas che, però, devono superare sfide normative, commerciali e tecniche
I Pfas (sostanze per- e polifluoroalchiliche) sono composti chimici sintetici caratterizzati da legami carbonio-fluoro estremamente stabili, che resistono a calore, acqua e grasso.
Proprio per questa loro stabilità e resistenza vengono utilizzati in molti prodotti e ambienti: per esempio nei prodotti di consumo (rivestimenti antiaderenti per le pentole, tessuti impermeabili, carta oleata per alimenti); nell'industria (schiume antincendio, elettronica, rivestimenti industriali); nell'ambiente (acqua, suolo e aria, spesso vicino a siti industriali o discariche); organismi viventi (accumulati in tessuti di persone e animali).
Proprio per questa loro persistenza nell'ambiente sono potenzialmente nocivi per salute e gli ecosistemi. In particolare, la presenza dei Pfas nelle fonti di acqua potabile di tutto il mondo sta destando preoccupazione, con prove degli effetti negativi sulla salute e sull'ambiente in aumento.
Inoltre, il problema della contaminazione da Pfas può essere affrontato solo con un intervento attivo, utilizzando tecnologie di trattamento progettate per rimuovere queste sostanze chimiche dai flussi d'acqua contaminati.
IdTechEx ha analizzato le tecnologie di trattamento dei Pfas per i flussi d'acqua contaminati e definito lo scenario delle tecnologie emergenti che ne garantiscono una distruzione completa. Vediamo qual è lo stato dell'arte.
Le tecnologie attuali per la rimozione dei Pfas
Le tecnologie attuali per il trattamento delle acque, come la filtrazione per adsorbimento con carbone attivo granulare (Gac) e/o resina a scambio ionico (Ier), possono essere utilizzate per rimuovere efficacemente i Pfas più comunemente regolamentati, come il Pfoa (acido perfluoroottanoico) e il Pfos (acido perfluoroottano sulfonico), dalle acque sotterranee e di superficie.
Sebbene queste tecnologie siano efficaci nel rimuovere queste sostanze chimiche dall'ambiente, non possono garantire che i Pfas catturati vengano eliminati in modo permanente dall'ambiente perché non li distruggono.
Il maggior timore è che i Pfas rimossi possano tornare nell'ambiente, creando un ciclo infinito di rimozione; per esempio, i mezzi di adsorbimento esauriti che vengono collocati in discarica potrebbero lisciviare i Pfas catturati nel terreno, consentendo alle sostanze precedentemente rimosse di rientrare nell'ambiente.
Per questo è necessario sviluppare una nuova generazione tecnologica per il trattamento dei Pfas che garantiscano che le sostanze già catturate di non tornare più nell'ambiente, distruggendole definitivamente.
Tecnologie di distruzione dei Pfas: qual è lo stato attuale della tecnologia?
L'Agenzia statunitense per la protezione dell'ambiente (Epa) definisce la distruzione dei Pfas come "la recisione di tutti i legami carbonio-fluoro in una molecola di Pfas e la mineralizzazione del carbonio e del fluoro in CO2, acido fluoridrico (Hf) e acqua".
Qualsiasi tecnologia di distruzione dei Pfas deve quindi garantire la completa separazione di tutti i legami carbonio-fluoro all'interno della molecola. In caso contrario, durante il processo di distruzione potrebbero formarsi e liberarsi Pfas a catena corta più mobili.
La più usata tecnologia di distruzione oggi è l'incenerimento, che è stato utilizzato per distruggere altri contaminanti e sostanze pericolose, tra cui solventi clorurati, policlorobifenili (Pcb), rifiuti carichi di diossina e ritardanti di fiamma bromurati. La sua applicazione per distruggere i Pfas è relativamente più recente rispetto a questi altri contaminanti.
Tuttavia, le autorità più importanti, come l'Epa, sono state riluttanti ad approvare completamente l'incenerimento come strategia per la gestione dei rifiuti Pfas, a causa delle incertezze che continuano a circondare questa metodologia di distruzione, in particolare le lacune nella ricerca e nei dati sulla sua efficacia e sulla produzione di prodotti di combustione incompleta (Pic).
Le principali preoccupazioni riguardano la natura ad alta intensità energetica dell'incenerimento e la potenziale produzione di emissioni nocive. Preoccupazioni che negli Stati Uniti hanno spinto il Dipartimento della Difesa, nel 2022, a emanare una moratoria sull'incenerimento delle schiume antincendio contenenti Pfas.
Le tecnologie emergenti per la distruzione dei Pfas
Le preoccupazioni per le strategie già in atto per la gestione dei rifiuti di Pfas hanno creato opportunità per le nuove tecnologie di distruzione, che potrebbero cambiare lo status quo.
Università e startup indipendenti stanno sviluppando numerose tecnologie di distruzione; qui di seguito ne elenchiamo alcune tra le più avanzate:
ossidazione elettrochimica (Eo): utilizza una cella elettrochimica con un anodo e un catodo che generano specie reattive (radicali idrossilici, elettroni) attraverso due meccanismi (ossidazione anodica diretta e ossidazione indiretta). Queste specie reattive rompono il legame carbonio-fluoro dei Pfas
ossidazione in acqua supercritica (Scwo): l'acqua contaminata viene pompata in un reattore, dove i rifiuti liquidi vengono riscaldati e compressi al di sopra del punto critico dell'acqua (374°C e 22 MPa). In questo stato supercritico, l'ossigeno diventa solubile e una reazione di ossidazione rompe il legame carbonio-fluoro nei Pfas
trattamento idrotermale alcalino (Halt): è simile a Scwo, ma opera con un catalizzatore (per esempio, idrossido di sodio), consentendo al processo di funzionare a temperature più basse rispetto a Scwo (per esempio, circa 350°C nella fase subcritica)
processi fotochimici: questo campo può essere segmentato in vari modi. In tutti i processi di distruzione fotochimica, la luce Uv viene utilizzata per attivare alcuni composti per rompere i legami carbonio-fluoro nei Pfas. Quando il processo utilizza un fotocatalizzatore (rispetto a un reagente non rigenerativo), può essere classificato come processo di distruzione fotocatalitica (o fotocatalisi). Questo campo può essere ampiamente suddiviso in due categorie, a seconda del meccanismo di distruzione dei Pfas: processi di ossidazione avanzata (Aop) e processi di riduzione avanzata (Arp)
trattamento al plasma: utilizza un plasma a scarica elettrica termica o non termica per scindere il legame carbonio-fluoro nei Pfas
sonolisi: nota anche come ossidazione sonica, si basa su onde sonore ultrasoniche e/o megasoniche che provocano cavitazione nell'acqua. I Pfas si raccolgono sulla superficie di queste cavità; quando le cavità implodono, creano temperature e pressioni estreme per distruggere il legame carbonio-fluoro
Fattori che influenzano le tecnologie emergenti di distruzione dei Pfas
Sebbene le preoccupazioni legate all'incenerimento e allo smaltimento in discarica dei Pfas abbiano favorito l'emergere di nuove tecnologie di distruzione, altri fattori incidono sulla loro crescita potenziale.
Per esempio, il denominatore comune tra le tecnologie più avanzate dal punto di vista commerciale è che tutte hanno una diffusione commerciale limitata, se non addirittura nulla.
La relativa mancanza di casi di studio e di dati relativi ad applicazioni commerciali complete può rendere difficile per i potenziali utenti finali impegnarsi nell'adozione di queste nuove tecnologie.
Inoltre, la maggior parte di queste tecnologie emergenti è in grado di distruggere i Pfas in fase liquida (cioè nei flussi d'acqua contaminati) ma non in fase solida (cioè sui supporti di adsorbimento esauriti).
Solo due di queste tecnologie - Scwo e Halt - possono distruggere i rifiuti contaminati da Pfas sia nella fase liquida che in quella solida. Questo aspetto è rilevante in quanto molte tecnologie si propongono come alternativa all'incenerimento per i rifiuti solidi, come i mezzi di adsorbimento esauriti, quando in realtà sarebbe necessaria una fase di trattamento separata per rimuovere i Pfas dai mezzi di adsorbimento e trasformarli in mezzi in fase liquida che queste tecnologie di distruzione potrebbero trattare.
Infine, il fattore più importante che influisce sull'introduzione delle tecnologie emergenti di distruzione dei Pfas è la normativa.
In Europa, un mercato chiave per il trattamento dei Pfas, non c'è attualmente alcuna azione contro l'incenerimento. I cambiamenti nelle normative che riguardano l'incenerimento dei Pfas saranno fondamentali da tenere d'occhio per l'evoluzione futura di questo settore.
Anche eventuali modifiche alle normative al di fuori dell'incenerimento (per esempio i livelli accettabili di Pfas nei processi industriali e nelle acque reflue) potrebbero avere un forte impatto sulle tecnologie di distruzione.
Negli Usa, la riluttanza delle autorità normative a sostenere pienamente l'incenerimento ha dato alle tecnologie di distruzione dei Pfas emergenti l'opportunità di sostituire l'incenerimento, ma la mancanza di un divieto permanente di incenerimento rappresenta un ostacolo alla loro crescita.
È possibile che le autorità normative statunitensi e/o il Dipartimento della Difesa invertano la rotta e sostengano l'incenerimento come strategia di gestione dei rifiuti di Pfas, rendendo più difficile per le tecnologie emergenti di distruzione guadagnare terreno.
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